选修3-5.2.2.ppt

第2讲放射性元素的衰变核能 考点1三种射线 两种衰变 1 天然放射现象 1 天然放射现象 元素 地放出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明 具有复杂的结构 自发 原子核 2 放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫 具有放射性的元素叫 元素 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 4 放射性同位素的应用与防护 放射性同位素 有 放射性同位素和 放射性同位素两类 放射性同位素的化学性质相同 应用 消除静电 工业探伤 作 等 防护 防止放射性对人体组织的伤害 放射性 放射性 射线 射线 射线 天然 人工 示踪原子 2 原子核的衰变 1 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种 的变化称为 的衰变 2 分类 衰变 衰变 3 半衰期 放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间 半衰期由原子核内部的因素决定 跟原子所处的 无关 原子核 原子核 半数 物理 化学状 态 1 三种射线的比较 2 衰变 衰变的比较 3 对半衰期的两点说明 1 根据半衰期的概念 可总结出公式 N余 N原 t m余 m原 t 式中N原 m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量 N余 m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量 t表示衰变时间 表示半衰期 2 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 跟原子所处的物理状态 如温度 压强 或化学状态 如单质 化合物 无关 核反应的四种类型比较 考点2核反应的四种类型 关于核反应的三点说明 1 核反应过程一般都是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 1 核力 核子间的作用力 核力是 力 作用范围在1 5 10 15m之内 只在相邻的核子间发生作用2 核能 核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量 叫做原子核的结合能 亦称核能3 质能方程 质量亏损爱因斯坦质能方程E 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 E 考点3核能 短程 释放 吸收 mc2 mc2 1 对核力的三点说明 1 核力是强相互作用的一种表现 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 3 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用 2 结合能与比结合能 1 结合能 把构成原子核的结合在一起的核子分开所需的能量 2 比结合能 定义 原子核的结合能与核子数之比 称做比结合能 也叫平均结合能 特点 不同原子核的比结合能不同 原子核的比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 3 获得核能的途径 1 重核裂变 定义 质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程 特点 a 裂变过程中能够放出巨大的能量 b 裂变的同时能够放出2 3 或更多 个中子 c 裂变的产物不是惟一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 典型的分裂方程 2 轻核聚变 定义 某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程 特点 a 聚变过程放出大量的能量 平均每个核子放出的能量 比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍 b 聚变反应比裂变反应更剧烈 c 对环境污染较少 d 自然界中聚变反应原料丰富 典型的聚变方程 衰变与其射线 例证1 2011 重庆高考 核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137 碘131的半衰期约为8天 会释放 射线 铯137是铯133的同位素 半衰期约为30年 发生衰变时会辐射 射线 下列说法正确的是 A 碘131释放的 射线由氦核组成B 铯137衰变时辐射出的 光子能量小于可见光光子能量C 与铯137相比 碘131衰变更慢D 铯133和铯137含有相同的质子数 解题指南 解答本题时要把握以下三点 1 半衰期的长短代表了衰变的快慢 2 光子能量大小由频率高低决定 3 同位素的核电荷数相同 自主解答 选D 射线是高速运动的电子流 不是氦原子核 A错误 射线的频率大于可见光的频率 根据E h 可知 射线光子能量大于可见光光子能量 B错误 半衰期越短 衰变越快 C错误 铯133和铯137都是铯元素 是质子数相同而中子数不同的同位素 所以D正确 总结提升 解答本题关键在于搞清三种射线的性质 以及半衰期及同位素的概念 对易错选项及错误原因具体分析如下 核反应类型与核反应方程 例证2 2011 北京高考 表示放射性元素碘131 衰变的方程是 A B C D 解题指南 解答本题时要把握以下两点 1 在原子核衰变过程中 质量数守恒 电荷数守恒 2 衰变是原子核放出高速电子流 自主解答 选B 碘 的原子核内一个中子放出一个电子 变成一个质子 质量数没有发生变化 核电荷数增加1 所以生成54号元素Xe 放出一个电子 B选项正确 总结提升 核反应方程的书写方法 1 熟记常见基本粒子的符号 是正确书写核反应方程的基础 如质子 中子 粒子 粒子 正电子 氘核 氚核 等 2 掌握核反应方程遵守的规律 是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据 所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律 3 熟悉核反应的四种基本类型 可以帮助我们理清思路 很快写出正确的核反应方程 与核能相关的综合问题 例证3 2012 福州模拟 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射一个 光子 已知质子 中子 氘核的质量分别为m1 m2 m3 普朗克常量为h 真空中的光速为c 下列说法正确的是 A 核反应方程是B 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3C 辐射出的 光子的能量E m3 m1 m2 cD 光子的波长 解题指南 根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程 根据质能方程计算核能 规范解答 选B 质子和中子聚变结合成一个氘核 其质量数为2 A错 质量亏损即为质子与中子质量之和与氘核的质量之差 B项正确 质能方程中 E mc2 C项错 光子波长 D项错 总结提升 解决核反应方程及核能问题的规范解法 1 要熟悉和掌握教材中出现的主要核反应方程式 并知道其意义 2 根据 E mc2计算 计算时 m的单位是 kg c的单位是 m s E的单位是 J 3 根据 E m 931 5MeV计算 因1原子质量单位 u 相当于931 5MeV的能量 所以计算时 m的单位是 u E的单位是 MeV 4 根据平均结合能来计算核能 原子核的结合能 平均结合能 核子数 5 有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算 此时应注意动量 动能关系式p2 2mEk的应用 1 2011 浙江高考 关于天然放射现象 下列说法正确的是 A 射线是由氦原子核衰变产生B 射线是由原子核外电子电离产生C 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D 通过化学反应不能改变物质的放射性 解题指南 解答本题时应注意理解 1 天然放射现象中三种射线的产生机理 2 影响天然放射现象的因素 解析 选D 射线是在 衰变中产生的 本质是氦核 A错误 射线是在 衰变中产生的 本质是高速电子束 B错误 射线是发生 衰变和 衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波 C错误 物质的放射性由原子核内部自身的因素决定 与原子所处的化学状态和外部条件无关 D正确 2 2011 上海高考 天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示 由此可推知 A 来自于原子核外的电子B 的电离作用最强 是一种电磁波C 的电离作用较强 是一种电磁波D 的电离作用最弱 属于原子核内释放的光子 解析 选D 从穿透能力上看 能穿透铝板进入铅板 必然是 射线 射线是原子核内发出的高频光子 属于电磁波 电离作用弱 故D正确 C错误 能穿透纸板进入铝板 必然是 射线 是原子核内发射出的电子流 A错误 纸板能够挡住 则 是 射线 它的电离作用最强 但它是氦原子核 不是电磁波 B错误 测年法是利用衰变规律对古生物进行年代测定的方法 若以横坐标t表示时间 纵坐标m表示任意时刻的质量 m0为t 0时的质量 下面四幅图中能正确反映衰变规律的是 解析 选C 由公式m m0 并结合数学知识可知C正确 4 原子核与氘核反应生成一个 粒子和一个质子 由此可知 A A 2 Z 1B A 2 Z 2C A 3 Z 3D A 3 Z 2 解析 选D 写出核反应方程 由质量数守恒和电荷数守恒 列方程 A 2 4 1 Z 1 2 1 解得 A 3 Z 2 故选项D正确 5 关于核衰变和核反应的类型 下列表述不正确的有 A 是 衰变B 是人工转变C 是轻核聚变D 是重核裂变 解题指南 弄清衰变 人工转变 裂变 聚变的区别并熟记典型的核反应方程 在此基础上求解此题 解析 选D 衰变是原子核自发地放出 或 粒子的核反应 衰变方程的特点是箭头的左边只有一个原子核 箭头的右边出现 或 粒子 用 粒子去轰击原子核产生新核的过程 是人工转变 聚变反应的特点是箭头的左边是两个轻核 箭头的右边是较大质量的原子核 裂变方程的特点是箭头的左边是重核与中子反应 箭头右边是中等质量的原子核 综上所述 A B C正确 故选D 钍 经过一系列 衰变和 衰变 变成 铅 以下说法错误的是 A 铅核比钍核少8个质子B 铅核比钍核少16个中子C 共经过4次 衰变和6次 衰变D 共经过6次 衰变和4次 衰变 解析 选C 设 衰变次数为x 衰变次数为y 由质量数守恒和电荷数守恒得232 208 4x 90 82 2x y 解得x 6 y 4 C错D对 铅核 钍核的质子数分别为82 90 故A对 铅核 钍核的中子数分别为126 142 故B对 总结提升 衰变次数的确定方法 方法一 确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律 设放射性元素经过n次 衰变和m次 衰变后 变成稳定的新元素 则表示该核反应的方程为 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程 A A 4nZ Z 2n m 由以上两式联立解得 由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组 方法二 因为 衰变对质量数无影响 可先由质量数的改变确定 衰变的次数 然后再根据衰变规律确定 衰变的次数 7 一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子 其半衰期为3 8天 1g氡经过7 6天衰变掉氡的质量 以及衰变成的过程放出的粒子是 A 0 25g 粒子B 0 25g 粒子C 0 75g 粒子D 0 75g 粒子 解析 选C 由核衰变方程可知放出粒子是 粒子 由衰变规律m 得剩余核是0 25g 则经过7 6天衰变掉氡的质量应是0 75g 故选C 8 正电子发射计算机断层显像 PET 的基本原理是 将放射性同位素注入人体 参与人体的代谢过程 在人体内衰变放出正电子 与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子 被探测器探测到 经计算机处理后产生清晰的图象 将放射性同位素注入人体 的主要用途是 A 利用它的射线B 作为示踪原子C 参与人体的代谢过程D 有氧呼吸 解析 选B 放射性元素注入人体带有放射性标记 可以用仪器探测出来 故的主要用途是作为示踪原子 B正确 9 据媒体报道 福建宁德正在建造核电站 这对福建缓解能源紧张 提升经济起到巨大作用 关于当今已建的核电站 其获取核能的基本核反应方程可能是下列的 A B C D 解析 选C 当今已建核电站获取核能是利用可控核裂变的方式 A是聚变反应 B是 衰变 C是裂变 D是人工核转变 故选C 10 1932年 英国物理学家查德威克用 射线轰击铍核 时 产生了碳核 和一种不受电场和磁场影响的射线 且该射线轰击石蜡时能从石蜡中射出质子 经过进一步证实 这种射线是 A 光子流B 中子流C 电子流D 质子流 解析 选B 由于该射线不受电场和磁场影响 可知电荷数为零 且该射线能从石蜡中打出质子 据动量守恒定律可知该射线不是 射线 据质量数守恒可知 中X的电荷数为0 质量数为1 因此该射线是中子流 故选B 11 如图所示为卢瑟福发现质子的实验装置 M是显微镜 S是荧光屏 窗口F处装有铝箔 氮气从阀门T充入 A是放射源 下列说法中正确的是 A 该实验的核反应方程为 B 充入氮气后 调整铝箔厚度 使S上见不到质子引起的闪烁C 充入氮气前 调整铝箔厚度 使S上能见到质子引起的闪烁D 充入氮气前 调整铝箔厚度 使S上见不到 粒子引起的闪烁 解析 选D 据质量数守恒可知A错 该实验中调整铝箔的厚度是为了在荧光屏上发现除 粒子以外的其他新的粒子 因此充入氮气前 调整铝箔厚度使S上见不到 粒子引起的闪烁 故选D 12 利用氦 3 和氘进行的聚变安全 无